miniRUEDI便携式膜进样质谱仪

miniRUEDI便携式膜进样质谱仪

miniRUEDI便携式膜进样质谱仪是一种便携式质谱仪，用于定量分析气体和水中的He（氦）、Ne（氖）、Ar（氩）、Kr（氪）、N₂（氮气）、O₂（氧气）、CO₂（二氧化碳）、CH₄（甲烷）、H₂（氢气）以及其他气体成分。

该仪器由瑞士联邦水生科学技术研究所（Eawag）开发（并持续改进）。专为环境研究设计，能够在野外偏远地区进行免维护的现场气体分析。

其膜进样器与质谱仪的耦合技术基于气体平衡膜进样质谱法，能够简单而精确地定量分析流动水（流量≳1L/min）中的溶解气体浓度，无需使用已知气体浓度的外部水标准进行校准。

仪器的控制软件和数据处理软件支持分析结果可重复性、长期分析使用，也允许用户灵活地实现针对特定应用的气体分析和数据处理。

主要特点

ü 精确定量分析气体或水中He、Ne、Ar、Kr、N₂、O₂、CO₂、CH₄、H₂等成分。

ü 膜进样方式，能够准确、无偏差地定量分析水中的溶解气体。

ü 简单可靠的校准：使用环境空气或标准气体进行校准（不仅适用于气体分析，也适用于水分析），无需依赖难以制备和处理的已知气体浓度的水标准，简化了校准过程。

ü 专为偏远地区免维护现场气体分析设计：

² 简单且自动化的校准

² 低功耗

² 坚固的结构

² 免维护

² 支持远程控制

技术参数

l 分析范围：ppm级至100% v/v（已在类似空气的气体基质中使用He、Ar和Kr进行测试）

l 分析不确定度：通常为1-3%（已在类似空气的气体基质中对He、Ar、Kr、N₂和O₂进行测试）

l 校准：使用环境空气作为标准气体，用于分析类似空气的气体或水中的He、Ar、Kr、N₂和O₂

l 气体入口：常压下设有6个进气口（可根据要求增加进气口数量）

l 样品气体消耗量低：≤0.1 mL/min

l 尺寸和重量（包括便携箱）：80cm×52cm×32cm，32kg

l 电源：24V（DC），可使用110-230V交流电（AC）电源转换器（随附）或电池、太阳能电池板等供电

l 功耗：50W（正常运行时）

l 软件：用于仪器控制和数据处理，支持灵活实现定制分析程序和数据处理（支持Python、GNU Octave）。

配件

l GE-MIMS膜模块：用于水中溶解气体分析。

l 总气体压力传感器（例如，用于GE-MIMS分析），与ruediPy软件兼容。

l 温度传感器（例如，用于GE-MIMS分析），与ruediPy软件兼容。

应用案例

案例1：富士山深层地下水研究

Oliver Schilling及其团队结合miniRUEDI数据、环境DNA和钒示踪剂，观察到富士山的淡水泉水不仅由高海拔地区的补给水供给，还受到深层地下水的上涌影响，富士山的水文系统比以往认为的更为复杂。

案例2：波阿斯（Poas）火山气体分析

Alan Seltzer和Mike Broadley等用miniRUEDI分析波阿斯火山气孔中的气体。

案例3:探测地下水流向

瑞士联邦水生科学技术研究所（Eawag）与其合作伙伴CHYN和Rhesi使用miniRUEDI追踪了一条大型河流附近的地下水流向。为了模拟河流修复后可能发生的自然侵蚀事件，河床被人工挖掘。研究人员通过向不同的地下水流注入不同的稀有气体，并利用miniRUEDI监测附近抽水井中的突破曲线。这一注入实验在一年内重复了多次。这些测量结果揭示了河流与地下水交换如何随着河床的挖掘和侵蚀后的“愈合"而变化。这一新的示踪工具及其带来的见解对于修复河流系统附近的地下水管理和饮用水生产具有重要意义。

案例4：研究地下水的PCE污染

Chrisitan Moeck和Ewag使用miniRUEDI研究了城市水系统中的地下水流动和过氯乙烯（PCE）的输送。他们使用miniRUEDI测量溶解的He浓度，以建立与³H/³He地下水年龄的关系，表征水流并提供地下水系统的概念。地下水年龄数据（miniRUEDI He, ³H/³He）与水化学数据、水同位素（¹⁸O和²H）和PCE浓度相结合，显示了人工入渗地下水与区域流道水之间的空间混合。此外，地下水年龄与PCE浓度的相关性解释了地下水系统中PCE污染的空间分布。同时，观察到断层提供了优先的流动路径，导致PCE浓度升高。

案例5: miniRUEDI在DIVE项目中的应用

法国格勒诺布尔的Isterre实验室和德国波茨坦的GFZ（德国地球科学研究中心）在DIVE国际大陆钻探计划（ICDP）项目中合作，实时监测钻井过程中的气体。在意大利Ivrea-Verbano地区，钻探了两个近千米深的钻孔，以探测深部大陆地壳及其向地幔的过渡。miniRUEDI与其他气体分析仪一起，在整个钻井过程中成功部署（连续两次，每次四个月不间断运行）。由格勒诺布尔阿尔卑斯大学的博士Hugo Dutoit负责监测工作，数据表明，深层裂隙流体的迁移可以通过泥浆气体测井进行追踪。

案例6：miniRUEDI不仅限于地下水研究，而是作为多气体示踪剂测试的新工具

瑞士联邦水生科学技术研究所（Eawag）与纳沙泰尔大学（Uni Neuchatel）合作，开发并测试了miniRUEDI作为使用不同稀有气体进行人工示踪测试的工具。

在第一次测试中，氦气脉冲被注入河流中。miniRUEDI用于分析附近地下水系统中的氦浓度，观测到的氦突破曲线表明河水大量流失至下方的含水层。在第二次测试中，不同稀有气体（氦、氪和氙）的多次脉冲被分别注入含水层的不同位置。miniRUEDI用于记录下游地下水流中不同气体的突破曲线，从而揭示了地下水流场的变化，并展示了流场如何响应附近河流与含水层之间水力连通性的改变。在这两次测试中，miniRUEDI高效地提供了关于河流与地下水交换及其对地下水质量影响的有价值的新见解。

案例7:miniRUEDI揭示气体如何控制饮用水中砷的积累

Alex Lightfoot和瑞士联邦水生科学技术研究所（Eawag）、澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）、荷兰地下水系统研究计划（RIBES）以及卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的研究者使用miniRUEDI研究了地下水与红河三角洲（越南）含水层中气体的相互作用。研究表明了气体如何控制地下水中砷的迁移和积累。